Reke biraju svoju putanju na osnovu erozije – otkriće koje bi moglo izmeniti planiranje za slučaj poplava

Reke su Zemljine arterije. Voda, sediment i nutrijenti se samoorganizuju u raznovrsne, dinamične kanale dok putuju od planina do mora. Neke reke naprave jednu putanju, a druge se podele u više niti.

Ovi kanalni obrasci određuju rizike od poplava, opasnosti od erozije i funkcije ekosistema za više od tri milijarde ljudi koji žive duž rečnih koridora širom sveta.

Preporučujemo

Pitanje zašto neke reke formiraju jedan kanal, dok se druge dele u više putanja, zbunjuje istraživače duže od jednog veka. Geografi sa Kalifornijskog univerziteta u Santa Barbari mapirali su dinamiku putanje 84 reke pomoću 36 godina sakupljanih satelitskih slika kako bi otkrili šta određuje ovaj aspekt ponašanja reka.

Otkriveno je da će reke razviti više kanala ako erodiraju svoje obale brže nego što polažu sediment na suprotne obale. Zbog toga se kanal širi i razdvaja tokom vremena.

Rezultati studije rešavaju dugotrajnu zagonetku u nauci o rekama. Takođe daju uvide u prirodne opasnosti i pokušaje obnove reka.

Naučnici dugo dele reke na jednokanalne i višekanalne i generalno istražuju ta dva tipa posebno. Iako nijedan tip nije očigledno brojniji, većina najvećih reka na svetu su višekanalne. Upadljiv izuzetak je jednokanalna reka Misisipi u Sjedinjenim Državama.

Većina terenskog istraživanja se fokusirala na jednokanalne reke, delimično zbog toga što su jednostavnije. U međuvremenu, eksperimentalni rad se usredsredio na višekanalne reke zbog izazova reprodukovanja jednokanalnih putanja u laboratorijskim basenima.

Proučavajući višekanalne reke u laboratoriji, istraživači su primetili da se one neprekidno šire i dele. Takođe je zabeleženo više erozije nego akumulacije.

„Bio je to klasičan primer naučnog metoda: dođete do hipoteze u laboratorijskim uslovima i onda je testirate u prirodi“, kažu istraživači.

Dugoročni podaci sa visine

Upotrebljeni su podaci iz programa Landsat, sa fokusom na 84 reke u različitim regionima planete. Oni su pratili eroziju i akumulaciju na obalama svake reke putem algoritma za obradu slika poznatog kao merenje brzine čestica. Prvobitno namenjen praćenju kretanja čestica na laboratorijskim slikama fluida, algoritam je prilagođen da prati poziciju kanala na satelitskim slikama poplavnih ravnica.

Kod jednokanalnih reka, erozija i akumulacija su bile uravnotežene. Stoga je širina kanala ostajala konstantna, omogućavajući tim rekama da se oslone na svoje obale i formiraju široke, meandrirajuće putanje širom terena.

Nasuprot tome, erozija obala je nadmašivala akumulaciju kod višekanalnih reka, uzrokujući da se kanal širi tokom vremena dok se ne podeli. Zbog toga višekanalne reke prepravljaju svoje kanale pre nego što mogu da meandriraju daleko širom poplavne ravnice.

Ove dinamike se dešavaju dok je reka još u stabilnom stanju (niti raste niti se smanjuje). Višekanalne reke i dalje nose istu količinu vode tokom vremena, ali to rade neprekidnim menjanjem veličine individualnih kanala.

Kad istraživači kažu da erozija nadmašuje akumulaciju, to se odnosi na obale reke. U slučaju višekanalnih reka, ekstrasediment uklonjen sa obala se ponovo akumulira na dnu reke, formirajući na kraju ostrva i pregrade koje razdvajaju kanale.

Zabeleženo je nekoliko izuzetaka od obrasca erozija-akumulacija, ali se svaki od njih poklapao sa promenama u razvođu koje su izbacile reku iz prirodnog stabilnog stanja. Na primer, faktori mogu biti postavljanje brana ili ekstrakcija vode radi navodnjavanja.

Pitanje šta uzrokuje da reka bude jednokanalna ili višekanalna je staro skoro kao polje geomorfologije.

Geografi generalno shvataju rečnu dinamiku s obzirom na mnoštvo varijabli, uključujući nizvodni nagib, stopu vodenog toka, tip sedimenta i stabilnost obale.

Novi model objašnjava tip reke samo na osnovu ravnoteže između akumulacije i erozije. Razni geografski faktori utiču na ovu ravnotežu, objašnjavajući zašto specifične sredine daju prednost određenim vrstama reka.

Foto: Junkyardsparkle, CC0, via Wikimedia Commons

Omogućavanje prostora za tok

U 20. veku je mnogo reka stišnjeno u uske kanale odvojene od nekadašnjih poplavnih ravnica. Tako se dobija više zemljišta za naseljavanje i smanjuju se neke od opasnosti života blizu reka.

Međutim, to je katastrofalno za obalske ekosisteme i može čak pogoršati opasnosti na duge staze. Odvajanje reke od njene poplavne ravnice znači da se sediment skuplja u njenom koritu, podižući reku u odnosu na susednu poplavnu ravnicu ostavljenu bez sedimenta. Zbog toga je verovatnije da će iskočiti na svoje obale u slučaju povećanja nivoa vode ili otkazivanja nasipa.

Sve više se radi na ponovnom povezivanju kanalizovanih reka sa poplavnim ravnicama i obezbeđivanju više prostora za kretanje. Pokušaji obnove bazirani na prirodi zahtevaju uvid koliko širok koridor je potreban reci da bi se vratila u svoje prirodno stanje, kao i koliko vremena će biti potrebno za to.

Sa novim razumevanjem dinamike reka, istraživači su napravili formulu koja uključuje varijable kao što je vreme potrebno da reka napusti kanal. Formula takođe opisuje da li se reka vraća u jednokanalno ili višekanalno stanje. Izračunali su širine i vremena obnove za različite tipove reka na osnovu satelitskih opservacija.

Vreme i prostor potrebni reci za obnovu prirodnog ponašanja variraju uveliko između jednokanalnih i višekanalnih reka. Jednokanalna reka zahteva oko deset puta više prostora i vremena za obnovu nego višekanalna reka iste protočne snage, što je količina energije protoka za eroziju i pomeranje sedimenta.

Nalazi studije mogu da usmeravaju infrastrukturne i revitalizacione projekte. Formula omogućava inženjerima i naučnicima da procene širinu potrebnu za projekat restauracije, što je odlučujući faktor za izvodljivost i cenu projekta.

Analiza takođe može pomoći organima koji odlučuju da prioritetizuju kandidate za obnovu. Istraživanje, obnova i smanjivanje opasnosti su se u prošlosti fokusirali na jednokanalne putanje, ali bi okretanje ka projektima posvećenim višekanalnim vodotokovima moglo doneti veću dobit sa manjim troškovima.

U stvari, nalazi sugerišu da bi obnavljanje tokova reka moglo biti jeftinije nego što se predviđa. Sve se više prepoznaje da su mnoge jednokanalne reke bile višekanalne pre ljudske intervencije, naročito na zapadu SAD. Na primer, slike reke Los Anđeles iz 1930-ih, pre nego što je kanalizovana, pokazuju da je imala više traka. Projekat koji se trenutno smatra prevelikim ili preskupim mogao bi zapravo biti prihvatljiv ako je reka pogrešno klasifikovana.

Istraživači proučavaju ubrzavanje ili usporavanje reka, kao i promene u broju kanala reke tokom vremena. Ove tendencije verovatno pokazuju kako klimatske promene i ljudske intervencije utiču na dinamiku reka.

Istraživači i dalje žele da znaju zašto erozija premašuje akumulaciju u slučaju nekih reka. U planu je ispitivanje diverziteta višekanalnih reka, sa naglaskom na način njihovog formiranja. Takođe, pomoću daljinskih senzora se meri prenos sedimenta u rekama. I proučava se kako brane utiču na oblik reka tokom vremena i razvoj rečnog koridora.

Reke imaju važnu ulogu u ljudskoj istoriji. One navodnjavaju useve na plodnim ravnicama i prenose robu. Međutim, one takođe poplavljuju gradove i naglo napuštaju dugo korišćene kanale. Sticanje većeg znanja o rekama omogućiće nam da bolje koegzistiramo sa ovim promenljivim prirodnim crtama u vremenu dosad neviđene promene.

(Telegraf Nauka/University of California Santa Barbara)